化石の中の「幽霊」を捕まえに行こう

制作：中国科学普及協会

著者: 蔡嘉塵

プロデューサー: 中国科学博覧会

現実には「幽霊」は存在しませんが、古生物学の分野では「幽霊」と呼ばれる生物群が存在します。

これらの「ゴースト」は単独で現れるのではなく、「ゴーストブランチ」と呼ばれます。これを見ると、「おやまあ、幽霊の生物進化樹まで作れるの？科学的じゃないじゃん！」と思うかもしれません。

ゴースト進化ツリー（画像出典：作者自作）

いいえ、いいえ。しかし、それらは生物学的進化に関する関連分析から得られたものです。この物語を語るには、1970年から始めなければなりません。

この時点より前、化石を研究する古生物学者は、化石の年代は周囲の岩石の年代と一致していると信じていました。この見解の論理に従えば、これらの化石生物が地球上に出現した順序は、それらを含む岩石の年代によって決定できることは容易に理解できます。言い換えれば、化石が発見された岩石が古ければ古いほど、その生物が地球上に出現した時期が古いということになります。

それは合理的だと思いませんか?これが論理的に思えるなら、生物、化石、岩石の関係を理解する必要があります。

1. 飛び跳ねることから石板に叩きつけられることまで

古代の生物の残骸や、その生存中に残された遺物が化石になるためには、まず土に埋められる必要があります。そして、覆う物質が徐々に増えるにつれて、遺物や遺跡にかかる圧力も徐々に増加し、ゆっくりと圧縮されて岩石を形成します。

このプロセスは単純に聞こえますが、実際にはすべての化石は形成中に多くのテストを経る必要があります。彼が直面した最初の問題は、彼の肉体から生じたものでした。生物には通常、硬い部分と柔らかい部分の両方があります。木が死んで腐敗すると、柔らかい部分はほぼ必ず破壊され、硬い部分だけが残ります。

私たちが目にする化石のほとんどは、骨などの生物の硬い部分です。彼らの柔らかい部分は、時が経つにつれてずっと前に消えてしまいました。画像出典: wikipedia

以下は、死後に遺体が露出したときに生じる物理的および化学的状態です。水や風や砂のエネルギーが強すぎると、遺骨や遺物は磨耗して破壊され、埋葬される可能性が全くなくなります。また、環境のpH値や酸化還元環境が適切でない場合も生物の保存に影響を及ぼします。

次に埋没段階が訪れますが、この段階では、覆う物質の組成も化石の完全性に影響を与える可能性があります。たとえば、保存された化石の完全性は、泥、氷河の永久凍土、半冷却マグマなどのさまざまな環境で大きく異なります。

次に岩石形成の段階が来て、ここで化石が実際に形成されます。この段階では、外部からの物理的圧縮や地下水溶液などの化学物質の交換によっても、化石にさまざまな程度の損傷が発生します。

化石は形成された後（つまり、完全に岩石の一部となった後）も、地中での長い時間の間に継続的な圧縮や地中の熱などにより破壊され、人間によって発見されることは決してありません。

2 匹の恐竜の死、埋葬、続成作用から発掘まで。画像ソース wikipedia(https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9F%8B%E8%97%8F%E5%AD%A6#/media/File:Fossilization_process.jpg)

これらのプロセスの各ステップは、主要なスクリーニングです。現在発見できる化石は、幸運にも保存されてきた古代の生物学的遺物や遺物のごく一部にすぎません。それらの向こうには、無数の生き物の痕跡がすべて、長い時間によって消え去っています。

ほとんどの生物の遺物や遺跡は保存できないため、化石記録は古代の生物の種類と生息時代の両方の点で非常に不完全です。

画像出典: Weibo

1970 年頃から、古生物学者は徐々にこの問題に注目し始め、より論理的に厳密な方法を模索し始めました。岩石は当てにならないので、化石そのものを見てみましょう。古生物学者は化石に保存された情報を抽出し、化石を説明できる「特徴」をまとめます。これらの特性は、古代の生物の寿命を復元するのに役立つ鍵となります。

これらの形質は、生物が出現した順序を反映できるかどうかによって、祖先の特徴を反映する「祖先形質」と子孫の特徴を反映する「派生形質」に分けられます。祖先サインおよび派生サインは補完的な定義であると言えます。

すべての生物に共通する特徴は祖先の特徴と呼ばれます。たとえば、すべての脊椎動物には脊椎があります。対照的に、派生形質とは、一部の生物だけが持ち、他の生物にはない形質のことです。たとえば、鳥類や一部の恐竜には羽毛がありますが、他の多くの恐竜には羽毛がありません。この方法により、地球の歴史の中でさまざまな生物群が進化した順序を大まかに決定し、特定の生物群が独自の特徴を進化させた時点を推測することができます。この時点は、この生物群が理論的に進化して出現した時期です。

A と B は共通の祖先を持つ 2 つの生物学的グループです。 T1 は、これら 2 つの生物学的グループが進化の過程で分離した時点です。 T2はグループBが発見された時点です。 T2 は常に T1 と等しいかそれ以降になります。

化石種の発見時期と進化的出現時期の模式図

しかし、現実は常に不満足なものであり、ましてや数十億年にわたる「真実」を回復することは不可能である。化石の保存は本質的に不完全であり、情報が欠落していると、最も古い化石記録よりも早い進化が起こる可能性があります。化石証拠がなかったため、この時代には、この種の生物は理論上の存在ではあっても、目に見えない現実のものとなっていました。こうして「ゴースト」が誕生した。化石証拠がないこの期間、理論上存在するはずの進化の樹形図は「幽霊系統」です。

また、ゴーストブランチと同時に「ゴーストグループ」を意味する「ゴーストタクサ」という言葉も提案されました。名前の通り「幽霊」そのものだが、幽霊枝とは異なり、発見されていないものの、子孫がいると理論的には推測できる。進化論の観点から見ると、その絶滅は子孫に進化したことを意味します。たとえば、獣脚類恐竜の一種は鳥類に進化しました。このタイプの恐竜は現在絶滅していますが、その子孫は今も存在しています。このタイプの恐竜がこれまで発見されていないのであれば、このタイプの恐竜はゴーストグループです。言い換えれば、ゴースト グループとは進化分析にのみ存在し、純粋に理論的な分析の産物であるグループです。例えば、図のEはゴーストグループと呼ぶことができます。

A、B、C、D の 4 つの種です。図 I はこれら 4 つの種間の進化的関係を示しています。図 II の E と F はそれぞれ A、B、C、D の祖先です。図 III は、これらの化石種の存在期間を示しており、縦軸 1 ～ 10 は時間順序を表し、10 が最も古く、1 が最も新しいことを示しています。実線は化石記録のある時間、点線は体系的進化に基づいて推定される存在時間です。点線で表された A と D の部分はゴースト系統と呼ばれ、E はゴーストグループと呼ばれます。 Fはどうですか？ C は 10 年目に出現したため、その祖先である F は 10 年目より前に出現したはずであり、この図には表示されません。

幽霊の系統と幽霊のグループの説明図（Norell、1993 から改変）

賢い小さな友達はおそらくこの経験から学んでいるのでしょう。単に理論から推測されただけで、実際の化石が発見されていない幽霊の系統が存在する可能性はありますか?

答えはイエスです。長く生きていて、化石が発見されていない限りは可能です。たとえば、ラティメリアという魚は今でも海で見ることができます。

2. 生きた幽霊

現生魚類の中で最も有名な「幽霊系統」の一つは、シーラカンス目のラティメリア属に属するラティメリア（別名ランステール）です。濃い青または茶色のベース、肉質のひれ、白い斑点を持つ深海魚の一種です。

2019年に南アフリカ沖で発見されたラティメリア属の魚。写真提供: ブルース・ヘンダーソン

生物学者や古生物学者の関心を引くだけでなく、釣りの要素を加えるのが好きな日本のゲーム会社もお気に入りのキャラクターです。

FF14のラティマーフィッシュ、スクリーンショット

モンスターハンターワールド：アイスボーンのラティマー、スクリーンショット

ポケモンの古代シーラカンス、wiki.52poke.com より

1938 年、南アフリカで西インド洋に生息する Latimeria chalumnae が発見されました。これは、ラティメリアの最も古典的なイメージ、濃い青色の背景を持つイメージの元です。もう一つの茶灰色の種、ラティメリア・メナドエンシスは、1997年にインドネシアで発見されました。

インドネシア産のラティマー魚。画像出典: Wikipedia

現在、ラティメリア属はこれら 2 種のみで構成されています。分析から得られた進化系統樹から判断すると、ラティメリア属は石炭紀初期に姉妹群から分離した。分子時計分析の結果、ラティメリア属の2つの種は4000万年から3000万年前に共通の祖先から違いが生じ始め、約1300万年前に正式に独自の進化の道を歩み始めたことがわかった。しかし、今日まで、古生物学者は、現存する 2 つのラティメリア種を除いて、ラティメリア属の化石を発見していません。化石記録のこの空白により、ラティメリアは石炭紀初期から現代まで遡る「幽霊系統」となっている。

赤い線はゴーストの系統です。ラティメリア魚の幽霊系統（作者描き）

3. 化石の中の幽霊

2008年、中国科学院古脊椎動物学・古人類学研究所初期脊椎動物研究グループは、曲靖市のシルル紀後期の地層でほぼ完全な硬骨魚類を発見し、その研究結果を英国の科学誌「ネイチャー」に発表した。この魚はゴーストフィッシュ（Guiyu oneiros）です。硬骨魚類ではあるが、硬骨魚類、軟骨魚類、板皮類、アカンサテリウムの特徴を兼ね備えており、硬骨魚類と「比較的古い」板皮類をより近づけている。

具体的には、頭部装甲は形態学的に上部装甲と後部上部装甲に分けられ、これは初期の肉鰭類魚類と同様である。頬骨は初期の条鰭類のものと似ており、膜状骨の隆起模様も条鰭類のそれに近い。肩帯には胸鰭の前に棘があり、これは初期の肉鰭類（斑点魚など）、初期の軟骨魚類、棘魚類、板皮類に似ている。背中の正中線上にある大きな骨板は、板皮類の同じ位置にある骨板に相当する可能性がある。再発見される前に、研究者らはすでに、初期の肉鰭類の中の斑点のある魚が、板皮類、棘魚類、軟骨魚類と同じ棘を持っていたことを発見していた。しかし、当時発見された斑点のある魚類の化石はすべて骨片が散らばっていたため、初期の顎魚類のうち板皮類、棘皮動物、軟骨魚類、硬骨魚類のグループを結びつけるこの特徴は、常に研究者を懐疑的にさせてきた。ゴーストフィッシュの発見後、系統解析により、肉鰭類の基底的位置にあることが判明した。これにより、斑点のある魚が、装甲魚類、アカンサス科、軟骨魚類と同じ棘の素晴らしい特徴を持っていることが確認され、初期の脊椎動物の進化における空白が埋められました。空席を埋めるものなので、発見されるまでは幽霊とみなされることもあります。

ゴーストフィッシュの進化的位置。画像出典：参考文献[8]

このような幽霊を発見した古生物学者は、当然ながらそれを簡単には放っておかないだろう。古生物学の命名は、属名と種名の最初と最後の部分で構成される生物学的命名の二名法に従います。ドリームフィッシュの種名はラテン語の「oneiros」で、これはギリシャ神話の夢の神であり、闇の女神の息子の一人であるオネイロスに由来し、夢の中の魚を意味します。その属名は「Guiyu」で、シンプルでわかりやすい中国語のピンインです。一方で、それは「幽霊の才能」を意味し、その奇妙な特徴を暗示しています。一方、ゴーストブランチのことを「ゴーストブランチ」と呼びます。それは奇妙な特徴を持っているだけでなく、進化の樹上の古生物学者が夢見て発見したいと思っていた4億年前の幽霊でもあります。

幻想的な幽霊魚の復元画像の画像出典：参考文献[6]

参考文献

[1] Norell M A. 歴史を理解するためのツリーベースのアプローチ順位、規則、化石記録の質についてのコメント[J]。アメリカ科学ジャーナル、1993年、293(A):407。

[2] ラティマー百科事典

[3] 井上 JG、ミヤ M、Venkatesh B、他インドネシア産シーラカンスLatimeria menadoensis（肉鰭綱：シーラカンス目）のミトコンドリアゲノムと2種のシーラカンス間の分岐時間の推定[J]。ジーン、2005年、349:227-235。

[4] Sugeha HY、Pouyaud L、Hocdé R、他。インドネシアのシーラカンスの2つの系統間の1300万年にわたる分岐[J]。サイエンティフィックレポート、2020年、10(1):1-9。

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[6] Yu XB、Zhu M、Zhao W J. 硬骨魚類と肉鰭類の起源と多様化：中国の希少な化石発見が進化の主要問題に関する研究を前進させる[J]。古魚類学、2010年、24(2):71-75。

[7] 喬沐、朱敏。シルル紀の肉鰭綱グイユ・オネイロスの脳の形態[J]。サイエンスチャイナ：地球科学、2010（9）：1191-1203。

[8] 陸静、朱友安、朱敏。私たちの祖先は水から来た：硬骨魚類の起源と初期の進化[J]。ネイチャー、2016年、38(6):391-398。

[9] 趙文金空想上の幽霊魚：最古の硬骨魚[J]。コレクション、2009年、6。

（注：テキストのラテン語部分はイタリック体になっています）